Ensaio de Caudal

Após terminar a construção da captação e com a mesma já operacional, segue-se o ensaio de caudal, que irá fornecer informação relativamente à quantidade de água que pode ser extraída do furo num dado intervalo de tempo. Este ensaio é realizado de modo a obter dados referentes aos parâmetros hidráulicos do furo, às perdas de carga do mesmo, à eficiência da captação e ao caudal ideal de exploração (Duarte, 2013; Mota, 2016). De todos os parâmetros que dizem respeito ao fluxo na água subterrânea importa ter especial atenção à Transmissividade (T) e ao Coeficiente de Armazenamento (S).

O ensaio de caudal deve ser realizado com o auxílio de dispositivos que permitam a medição do mesmo que é o caso dos caudalímetros. Para as medições dos níveis hidrostáticos e hidrodinâmicos deve-se utilizar uma sonda. Segundo Kruseman e Ridder (1990), o ensaio de caudal pode ser realizado a caudal constante ou variável devendo haver acompanhamento dos rebaixamentos gerados. Os ensaios a realizar podem ser classificados em:

A - Ensaio Escalonado: • Com recuperação; • Sem Recuperação;

B - Ensaio a caudal constante (Ensaio de Bombagem): • Regime varável;

• Regime permanente;

Independentemente do método selecionado, previamente à realização do ensaio de caudal, deve- se proceder à medição do nível estático para que seja possível medir os rebaixamentos em função do tempo (Kruseman e Ridder, 1990). Relativamente à medição dos rebaixamentos, os mesmos, devem ser medidos, numa fase inicial, em intervalos de tempo mais curtos, uma vez que os valores de rebaixamento são maiores numa fase inicial de bombagem. As medições dos níveis devem ser realizadas segundo os intervalos propostos na tabela 4.1.

Tabela 4.1 – Tabela indicativa dos intervalos de medição do nível de água durante a realização de um ensaio de

caudal (adaptado de Kruseman e Ridder, 1990).

Tempo desde o início do Ensaio Intervalo de medição dos níveis

0 aos 5 minutos A cada 30 segundos

5 aos 60 minutos A cada 5 minutos

60 aos 120 minutos A cada 20 minutos

120 até ao término do Ensaio A cada 60 minutos

A bombagem a realizar aquando do ensaio gera rebaixamentos dentro da própria captação, mas também em piezómetros que se apresentam nas proximidades da mesma. Dentro do furo os rebaixamentos são superiores e vão diminuindo consoante o afastamento ao mesmo, originando

em toda periferia, um nível hidrostático em forma de cone, ao qual se chama de cone de rebaixamento (Figura 4.1).

Figura 4.1 - Esquema ilustrativo do cone de rebaixamento (Kruseman e Ridder in Baptista, 2016).

Relativamente aos ensaios escalonados, estes consistem em ensaios por escalão realizados no furo. Segundo Kruseman e Ridder (1990), cada escalão deve ser bombeado a um caudal constante, durante um certo período, até haver estabilização do nível. Os restantes escalões devem ter a mesma duração que o escalão inicial, mas devem ser utilizados caudais superiores e sempre constantes. Um ensaio escalonado apresenta geralmente entre 3 a 5 escalões. Caso o ensaio escalonado seja realizado com recuperação, quando terminada a bombagem, deve-se esperar que o nível hidrostático seja igualado ao valor prévio à bombagem. Caso o ensaio não preveja recuperação, então após o término de um escalão deve ser iniciada a bombagem referente a outro escalão sem que o aquífero recupere as condições iniciais. Na figura 4.2, é ilustrado o caso de dois ensaios de caudal, um com recuperação e outro sem.

Figura 4.2 - Gráfico de registo de 2 ensaios escalonados, um com e outro sem recuperação (Mota, 2016).

Os resultados obtidos dos rebaixamentos devem ser cuidadosamente registados num gráfico Caudal vs Rebaixamentos, sendo que o resultado final é o de uma curva que representa as características do furo (curva característica do furo) (Figura 4.3). Através da análise da curva é

Mestrado em Geomateriais e Recursos Geológicos da Universidade de Aveiro / Universidade do Porto

possível obter informações referentes ao caudal critico e ao caudal ótimo de exploração. O caudal critico é dado no ponto de inflexão da curva devendo o caudal ideal de exploração ser inferior a esse ponto (Figura 4.4) (Comissão Setorial para a Água, 2012).

Figura 4.3 - Curva característica resultante do registo Caudal vs Rebaixamento, num aquífero livre e num aquífero

confinado (Comissão Setorial para a Água, 2012).

Figura 4.4 - Ilustração da determinação do valor do caudal critico de uma exploração (Comissão Setorial para a Água,

2012).

A curva obtida no gráfico representativo do Caudal vs Rebaixamento, deveria na verdade ser uma reta, mas tal não acontece devido ao regime turbulento e a perdas de carga quer no furo, quer no aquífero. Jacob (1946) através dos seus estudos conseguiu formular uma equação representativa dos rebaixamentos específicos tendo em conta as perdas de carga (Equação 1).

𝑆𝑊= 𝐵𝑄 + 𝐶𝑄2 (Eq. 1)

Esta equação pode ser simplificada, originando assim (Equação 2): 𝑆𝑊

𝑄 = 𝐵 + 𝐶𝑄 (Eq. 2)

onde a razão entre o rebaixamento específico e o caudal (𝑆_𝑊

𝑄) é relacionada com as perdas de carga no aquífero (B) e na captação (C).

Mais tarde, Hantush (1964) e Bierschenk (1963) referiram que a representação gráfica do valor de (𝑆𝑊

resulta no valor de C e B respetivamente.Com os valores referentes às perdas de carga é assim possível obter informações referente à eficiência da captação (Equação 3). Esta por sua vez vai diminuir com o aumento do caudal, sendo por isso preferível que a eficiência da captação se apresente o mais próximo possível dos 100%.

𝐸𝑤= ( 𝐵𝑄

𝐵𝑄+𝐶𝑄2) × 100% (Eq. 3)

O caudal de exploração pode então ser calculado com recurso a metodologias utilizadas por especialistas que se baseiam em projeções dos dados referentes às perdas de cargas em gráficos, sendo que um dos métodos é mencionado na anterior Figura 4.4.

O ensaio a caudal constante, também denominado por ensaio de bombagem, consiste em bombear a captação a um caudal constante medindo os rebaixamentos no próprio furo e em piezómetros localizados nas imediações. O valor do caudal com o qual é realizado o ensaio é semelhante ao valor a utilizar no futuro, isto é, caso um furo tenha sido planeado para fornecer um caudal de 15.000 l h-1_{, então o ensaio deverá ser realizado com esse caudal, avaliando o} comportamento dos rebaixamentos.

No caso do ensaio de caudal em regime variável é possível calcular os parâmetros hidráulicos do aquífero. Para tal, Theis (1935) desenvolveu um método gráfico de sobreposição que consiste em traçar a curva de rebaixamentos observados em função do tempo, realizando em seguida o ajuste em relação à curva desenvolvida pelo próprio. Com essa sobreposição obtém-se valores que aplicando na equação de Theis (Equação 4) dão origem ao valor da Transmissividade e do Coeficiente de armazenamento. 𝑇 = 𝑄 4𝜋𝑠𝑊(𝑢), 𝑆 = 4𝑇𝑡 𝑟2 1 𝑢 (Eq. 4)

No caso dos aquíferos semi-confinados, o pressuposto anterior não pode ser aplicado, sendo que para tal é utilizado o método de Walton (1962) que se assemelha ao método de Theis. A estratégia é também a sobreposição gráfica, mas neste caso são utilizadas curvas desenvolvidas por Walton cujos valores resultantes devem ser aplicados numa equação do mesmo (Equação 5).

𝑇 =𝑄𝑊(𝑢, 𝑟 𝐵) 4𝜋𝑠 , 𝑆 = 4𝑇𝑡 𝑟2_𝑆 (Eq. 5)

O regime permanente é atingido quando, no decorrer da bombagem, as variações no nível de água se tornam insignificantes. Para obter resultados referentes a um ensaio de caudal em regime permanente é necessário recorrer a piezómetros localizados nas imediações do furo. Para o caso de aquíferos confinados, utiliza-se a equação de Thiem (1906) (Equação 6), e um gráfico de registo dos rebaixamentos em função da distância aos piezómetros.

𝑇 = 2.30𝑄

2𝜋∆𝑠 (Eq. 6)

Nos aquíferos semi-confinados é utilizado outro método, o de De Glee (1930), que se realiza de igual maneira que o método de Theis, realizado em aquíferos confinados de regime variável.

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Ajusta-se o registo obtido a uma curva padrão desenvolvida por De Glee e com os valores obtidos aplica-se a equação do autor (Equação 7).

𝑇 = 𝑄 2𝜋𝑠𝐾0 (

𝑟

𝐵) (Eq. 7)